JPS6027773A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はディーゼル機関に用いられるユニットインジェ
クタの燃料噴射制御装置に関する。

ディーゼル機関は、燃料噴射を行なうために、通常は燃
料を高圧化する噴射ポンプと、この噴射ポンプから圧送
される燃料をノズルに供給する鯵料噴射管と、高圧燃料
′ｉ！ｉ：噴射するノズルとを備えているが、これらを
一体化したものとしてユニットインジェクタがある。こ
のユニットインジェクタでは、長い燃料噴射管が不要と
なるので、噴射遅れが小さく、圧縮すべき容積が、燃料
噴射管がなくなった分だけ小さくなるので、高い噴射圧
力を得て燃料の微粒化がよいなどの利点の他、噴射率を
大きくできる、噴射終了時の燃料の後だれが少ない等の
利点も有する。

このようなユニットインジェクタを各気筒に配設した燃
料噴射装置が例えば特開昭５４−５０７２６号公報（米
国特許第４１２９２５３号明細宵）に提案されており、
これを第１図、第２図に示す。

第１．２図で、ユニットインジェクタ１の本体２に芽設
されたシリンダ３にプランジャ４ａが摺動自在に嵌装し
、このプランジャ４ａはプランジャ４ｂに連結される。

プランジャ４ｂは、その頭部と本体２との間に介装され
たスプリング６により、図中上方に付勢されるとともに
、機関に同期して回転するカム（図示せず）が頭部に上
から当接しており、カムの１回転毎にシランジャ４ｂは
押し下げられるため、シランジャ４ｂと連結されている
プランジャ４ａは上下に往復動することになる。

プランジャ４ａの一端に臨んで形成されるシリンダ３の
圧力室７は、図示しない燃料タンクに燃料供給通路８ａ
　、８ｂを介して連通しており、機関に同期して回転す
る低圧の燃料供給ポンプ（図示せず）が燃料タンク内の
燃料を圧力室７に供給するようになっている。

本体２下部には、シランジャ４ａの下降により加圧され
る圧力室７内の燃料を、図示しない燃焼室に噴射するノ
ズル１０が形成される。具体的にはノズル１０は、圧力
室７と燃料通路９を介して連通スるニードル呈１１．ニ
ードルバルブ（針弁）１２、スプリング１３、噴孔１４
、スプリングガイｌ’ｌ　５、スプリング室１６から構
成され、常時はスプリング１３がスプリングガイド１５
を介してニードルバルブ１２を下方に付勢して噴孔１４
を閉じているが、圧力室７の燃料が燃料通路９を介して
ニードル室１１に送られ、このニードル室１１の燃圧が
スプリング１３に打ち勝つと、ニードルバルブ１２を上
方に付勢して噴孔１４を開き、ニードル室１１の燃料が
噴孔１４から噴射されるようになっている。従って、ス
プリング１３によりノズルｌＯの開弁圧が設定されるこ
とになる一圧力室７に連通する燃料供給通路８ａ　、８
ｂには制御弁装置としての電磁弁１８が介装される。

電磁弁１８には、バルブホルダ１９に穿設したシリンダ
２０を摺動する弁体２１がスプリング２２により付勢さ
れて開弁しており、ソレノイド２４に駆動電流が通電さ
れると、ソレノイド２４の電磁力により、アマチュア２
６がスプリング２２に抗して弁体２１を閉弁方向に付勢
し着座させるようになっている。

電磁弁１８の開弁時に、プランジャ４ａＯ下降により高
圧となる圧力室７の燃料は、電磁弁１８を介して燃料供
給通路８ａに逃げるが、オリフィス１７がこのときの燃
料流量を規制することにより、圧力室７１通路８ｂ、９
内の燃圧を、ノズル１００開弁圧より小さい所定値に保
つようにしている。

電磁弁１８への駆動電流を制御する制御回路（図示しな
い）は機関の運転状態を検出する手段（たとえば機関回
転数センサ、アクセルペダルの踏角を検出するアクセル
センサ、機関の冷却水温を検出する水温センサ、クラン
ク角を検出するクランク角センサなど）からの検出信号
に基づき、機関運転状態に最適な駆動パルス幅を持つ信
号をンレノイＩ’２４に出力し、電磁弁１８を開閉制御
する。

スプリング室１６に連通ずる燃料逃し通路２８ａ及びシ
リンダ上部に形成される環状溝２９に連通ずる燃料逃し
通路２８ｂは合流した後、電磁弁１８上流の燃料供給通
路８ａに連通しており、余分な燃料を通路８ａに戻す本
のである。

従って、燃料供給ポンプにより予圧される燃料タンクの
燃料は、燃料供給通路８ａから電磁弁１８（開弁してい
る）を介して圧力室７に供給されると、機関に同期して
回転するカムによりプランジャ４ａが下降して圧力室７
の燃料を加圧し始めるが、この時点では電磁弁１８は開
いているため、加圧される燃料の一部が電磁弁１８を介
して逃げ、オリフィス１７により燃料流量を規制され、
圧力室７、通路８ａ、９の燃圧は所定値以上には達しな
い。

プランジャ４ａの下降途中でソレノイド２４に通電され
電磁弁１８が閉じると、圧力室７の燃料は閉じ込められ
て燃圧を増し、この燃圧は燃料通路９を介してニードル
室１１に達する。ニードル室１１の燃圧がスプリング１
３の下方への付勢力（ノズル１０の開弁圧）に打ち勝つ
と、ニーＰ／Ｌ／バルブ１２を上方に押し上げて噴孔１
４を開き、ニードル室１１の燃料が図示しない燃焼室に
噴射される。

所定のクランク角でソレノイド２４への通電をやめ、電
磁弁１８が開かれると、前述のように圧刃室７の燃料の
一部が電磁弁１８葡介して燃料供給通路８ａに逃げるた
め、ニードル室１１の燃圧はすみやかに下降し、ノズル
１０の開弁圧以下となって噴射を終了する。

すなわち、燃料の噴射は電磁弁１８を閉じている期間に
行なわれることになり、この電磁弁１８を開閉するソレ
ノイド２４への通電時期及び通電時間を運転状態に応じ
て変えることにより、ノズル１０から噴射される燃料の
噴射時期及び噴射量が最適に制御されるのである。

ところで、このようなユニットインソエクタにあっては
、シランジャ径やシランジャ荀リフトするカムプロフィ
ル等により基本的な噴射特性が定まってしまうため、例
えばアイドリング時のような低回転低負荷域では、噴射
圧力が高すぎて噴射期間が短くなり、燃焼温度が上昇し
てＮ０ｘ（窒素酸化物）の増加あるいは燃焼騒音の増大
を招きやすいという問題があった。

そこで本発明ｔよ、燃料の主嘘射に先立つパイロン）Ｉ
Ｑ射を行なわせることにより、燃焼温度の急激な上昇を
回避し、低回転低負荷域でのＮＯｘ１度あるいは燃焼騒
音を低減することを目的とする。

このため本発明は、機関に同期して往復動するプランジ
ャと、このシランジャの一端に臨んで形成される圧力室
と、圧力室と連通し所定圧以上で開弁するノズルと、圧
力室に連通ずる燃料供給通路に介装され、機関の運転状
態に応じて高圧燃料を逃がす制御弁装置に、さらに以下
のものを追加して設ける。

すなわち、前記圧力室とノズルを連通ずる燃料通路にパ
イロット弁装置を設ける、 このパイロット弁ｉｔは、圧力室に連通ずるシリンダと
、このシリンダに摺動自在に嵌装され高圧室からの燃圧
に対向する。【うに弾性部材にて付勢されるピストンと
、このピストンの変位開始後に所定区間前記燃料通路を
遮断する溝手段とから構成される。

圧力室とノズルとを連通ずる燃料通路内の燃圧は噴射圧
力と等しいので、この通路を噴射開始後に所定時間遮断
すると、ノズルに達する噴射圧力が一時的にノズルの閉
弁圧にまで篩下するため、それまでの噴射を中断し、所
定時間後に通路を開口すると、噴射圧力がノズルの開弁
圧以上に上昇するため再び噴射を行なうことになる。

この靜゛料通路の開閉をパイロット弁装置で行なうが、
弁装置の作動開始圧を弾性部材で設定し、作動開始圧以
上でリフトするピストンが所定位置で燃料通路を仮断し
た後所定時ＩＶ１置いて再び燃料通路を開口するように
燃料通路遮断手段を設けるのである。

こうすると、後に噴射される主噴射に先立つパイロット
噴射が得られることになる。

以下図示実施例に基いて説明する。

第３図は本発明の第１実施例の概略ＩＮＧ成図で、４は
第１，２図の２つのシランジャ４ａ、４ｂを一体とした
プランジャ、３０は機関に同期して回転するカム、３１
はプランジャ４の抜は止め防止用のピン、３２は支持体
、３３はホルダ、３４はノズルホルダ、３５はニーＰル
パルプ１２のリフト号を規制すえ・ディスタンスピース
、３６はノズルホルダ３４とディスタンスピース３５を
ホルダ３３に固定するノズルナツト、３８は燃料タンク
への慾料逃し通路、３９はノズル１０の開弁圧を調整す
るシムである。

４０は燃料供給通路８ａ、８ｂに介装される制御弁装置
としての電磁弁で、その拡大断面図が第４図に示される
。

図中パルプホルダ４１に形成されるシリンダ４２に、針
状の弁体（針弁）４３が摺動自在に嵌装し、バルブホル
ダ４１の上のケース４４内には、弁体４３の上端周囲に
ビス４５にてシム５８を介して固定されるアマチュア４
６、アマチュア４６を吸引するコア４７、コア４７を励
磁するソレノイド４８、ソレノイド４８への制御信号が
供給される端子４９、ストツノや５０を介して弁体４３
を図中上方に付勢するスプリング５１が収納される。

弁体４３の下端に臨んで形成される弁室５２は通路５３
、室５４を介して燃料供給通路８ａに連通ずるとともに
通路５５を介して燃料供給通路８ｂに連通する。

ケース４４上端には弁体４３の上方への移動を規制する
ストツノ４５６　ｓストッパ５６を固定するロックナツ
ト５７が設けられている。

このため、常時はスプリング５１の上方への付勢力によ
りアマチュア４６をコア４７から離間し、弁体４３が、
バルブホルダ４１に形成した弁座５９から離れ（開弁し
）、燃料供給通路８ａと８ｂを連通しているが、所定の
クランク角で制御回路（図示しない）からソレノイド４
８に通電されると、コア４７が励磁してアマチュア４６
を吸引し弁体４３が弁座５９に着座する（閉弁する）こ
とになる。

なお、６０は燃料逃し通路で、グループ６１、通路６２
、スプリング室６３、通路６４を介してアマチュア室６
５と連通しており、余剰燃料を燃料タンクに戻すもので
あり、６６はシールリングである。

第６図は、このような電磁弁４０のソレノイド４８に通
電される印加電圧特性を示す。

すなわち、電圧ｖＩはスプリング５１の上方への付勢力
とほぼバランスする電磁力を与える電圧で、駆動電圧Ｖ
、の所定時間前に印加され、駆動電圧Ｖ。

による電磁弁駆動の応答性を高めるものである。

また、アマチュア４６を吸引する電磁力はギャップＬ（
第４図）が小さくなるは°ど小さくて済むため、ギャツ
７’Ｌを有する状態（開弁状態）での態動電磁力をギャ
ップＬのなくなった状態（開弁状態）にまで維持する必
要がなく、シたがって閉弁状態を保持するだけのために
は小さな電磁力でよく、これを与える電圧がｖ３で、同
じく通電終了の所定時間前に与えられるものである。

このため、電磁弁４０は電圧Ｖ、の印加により開弁し、
電圧Ｖ、の印加終了により閉弁し、そのリフト・特性は
同スケールの時間軸ｔに対して第６図に与えられている
。

第３図に戻り、本発明では、さらに圧力室７とニードル
室１１を連通ずる燃料通路９（実際には圧力室７に連通
ずる炉料供給通路８ｂから分岐して形成されている）に
、ノやイロット弁装置としてのパイロット弁７０を介装
する。

このパイロット弁７０の拡大断面図が第５図（４）であ
る（ただし、方向は９０°ずれている）。

ホルダ３３に形成されるシリンダ７１にはピストン７２
を摺動自在に嵌装し、このピストン７２を図中左方に付
勢するスプリング７３をスプリング室７４に設ける。シ
リンダ左端は圧力室側燃刺通Ｖｒ９ａを介して圧力室７
に連通ずる。

このため、常時はスプリング７３の左方への付勢力によ
りピストン７２は、ホルダ３３に形成した弁座７５に着
座しているが、電磁弁４０の閉弁時には圧力薬７にて高
圧となった熔料圧がピストン７２を右方にイマ１勢して
弁座７５から離すことになる。すなわちスプリング７３
は圧力室７からの炉圧に対向してピストン７２を付勢す
る弾性部材として作動する。

この場合、ピストン７２の作動開始圧はノズル１０の開
弁圧付近になるように、スプリング７３の付勢力とピス
トン頭部の受圧面積を設定している。

スプリング室７４に設けられるストッパ７６はホルダ３
３に螺入される支持体７７にて支持され、ピストン７２
のリフト量を規制するものである。

次にピストン７２のリフト途中に°燃料通路９を所定時
間遮断する手段を設けるー ｆ　ｊｒ　ｂ　チ、ノズル１０のニードル室１１に連通
ずるニードル尾側燃料通路９ｂをピストン７２のリフト
方向と直角になるようにシリンダ７１に）す・通し、ピ
ストン７２が着座している状１μ（図示状態）で林料通
路９ａと９ｂが連通するようにｔ　ビ゛ストン７２の軸
芯に通路８１、ピストン７２の周囲に室８２、通路８１
と堅８２を連通する通路８３をそれぞれ形成する。

圧力室７からの燃圧がピストン７２の作即１　＝ｌｌ正
圧越え、ピストン７２がリフトし、β゛ｒ定リフト量で
通路９ａと９ｂｅ遮断し、さらにリフトしてストッパ７
６に当接する位置では再び通路９ａと９ｂを連通ずるよ
うに、ピストン゛１２の外円向端部８５，８６を形成す
る。

このため、通ｉ９ａと９ｂが遮断されるＪυＪ　ｌｉｉ
、Ｉ　ｋｌ　１外周面端部８５．８６と通路９ｂとの相
対位カー、通路９ｂの口径及びスプリング７３の付勢力
などによって決定されることになるため、これらは後述
する望ましい値となるように設定する。

また、ピストフッ２０着座時の流路面積は小さく、ピス
トン７２がストッパ７６に当接する位置ではピストン頭
部に十分な流路面積が得られるようにしている。

なお、８７は燃料逃し通路で、ピストフッ２周囲からス
プリング至７４に漏洩した燃料を燃料タンクに戻すもの
である。

その他の構成要素は第１，２図と同一なので、同一構成
要素には同一符号を付して説明は省略する。

以上の構成による作用を第５図（５）〜０の作動説明図
、第７図の作用説明図を主にして説明する。

燃料ポンプに工り予圧される燃料タンクの燃料は、燃料
供給通路８ａから電磁弁４０（開弁している）を介して
圧力室７に供給される。

機関に同期して回転するカム３０によりプランジャ４が
下降して圧力室７の燃料を加圧し始め、グランジャ４の
下降途中でソレノイド４８に通電され電磁弁４０が閉じ
ると圧力室７の燃料は閉じ込められて燃圧を増す。

この燃圧は燃料通路９ａを経てピストン頭部に達するが
、この状態ではスプリング７３の付勢力のほうが強く、
ピストン７２は着座している（第５図（５））。この状
態では、ピストン７２に形成した通路８１，８３．室８
２により通路９ａと９ｂが連通しているので、燃圧はニ
ードル室１１に達し、ニードル室１１の圧力（噴射圧力
）ケ高める・噴射圧力が上昇してノズル１０の開弁圧と
なるａ点（第７図）を越えると、ニードルバルブ１２が
上方にリフトし、噴孔１４から燃料が小量１賀射される
。

ノヤイロット弁７０の作動開始圧はノズル１０の開弁圧
付近に設定されているため、ピストン頭部の燃圧が開弁
圧付近に達すると、ピストン７２がリフトし、所定時間
後には第５図（Ｂ）のように外周面端部８５．８６間の
ピストン周囲が通路９ｂを塞ぐので、通路９ａと９ｂが
遮断される。このため、噴射圧力はすみやかにノズル１
０の閉弁圧以下となるｂ点（第７図）にまで低下し、ノ
ズル１０が閉弁して噴射を中断する。

圧力室７の燃圧上昇はピストン７２ｆ：さらにリフトし
、ピストン７２をストッパ７６に当接させる（第５図（
Ｃ））。

この状態では、ピストン頭部に十分な流路面積をもって
通路９ａと９ｂが連通ずるので、圧力室の燃圧は、この
通路よりニードル室１１１ｆこ達し、噴射圧力が再び上
昇して開弁圧となる０点（第７図）を越えると、ノズル
１０が開弁し、燃料が大量に噴射される。

所定のクランク角で電磁弁４０が開くと、圧力室７の高
圧燃料は電磁弁４０を通して逃げるため。

噴射圧力はすみやかにイ♂下し、ノズル１０の閉弁圧で
あるｄ点（第７図）以下となり、ノズル１０が閉弁して
噴射を終了する。

また、電磁弁４０による圧力開放によりパイロット弁７
０のピストン頭部に作用する燃圧は、ノズル１０の開弁
圧以下に下降するため、ピストン７２はスプリング７３
に付勢されて元の状態に戻る（着座する）。

すなわち、第７図上の噴射圧力特性に対し、噴射率は同
図下のように、燃料のほとんどが噴射される主噴射ｇ−
ｈに先立って小量の燃料が１質射される″イロット噴射
ｅ　−ｆが倚られることになる。

したがって、パイロット噴射での燃焼により主噴射燃焼
へのつながりがよくなり、燃７Ｊａ室の熱発生に急救な
ピークを生じさせることが避けられるため、低回転低負
荷域に安定した燃焼が得られることになる。

第８図は本発明の第２実施例で、通路８１にｖｉＬ量制
御用のオリフィス９０全設けたものである。

第１実施例では、パイロット噴射の期間に噴射される燃
料供給量はノクイロット弁７０の通路８１８３、室８２
の通路断面形状などにより決定されてしまうため、この
供給量を制御するには、これら通路８１，８３、室８２
の形成されるピストン７２の製作精度がかなりの程度ま
で要求されることになるが、りＬ２実施例のようにオリ
フィス面積をたとえばノズル１０の全噴孔面積よりも小
さく設定ｆｈば、・１ヒ給量の割部１がこのオリフィス
面積のみで行われるので、ピストン７２の製作精度はそ
れほど要求されることはなく、パイロット噴射Ｊｅ？ｃ
容易に設定することができる。

以上のように本発明によれば、圧力冥がらの高圧燃料が
ノズルに供給される炉料フｔｆｉ路にパイロット弁を設
け、この７４イロツト弁が噴射１声始後に所定時間、こ
の通路を贋断するようにしたので、噴射圧力が噴射初期
にノズルの閉弁圧以下にまで低下し、その後再び噴射が
行われることになり、いわゆる主噴射に先立つパイ・」
ット噴射を行わせることがｉ」能で、特にアイドル時な
どの低回転低負荷域でのＮＯｘ濃度や燃焼騒音を低減で
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

２１１１図は従来装置に使用されるユニットインジェク
タの継断面図、第２図は第１図の要部防面図である。 第３図は本発明の第１実施例のユニットインジェクタの
概略構成図、第４図は電磁弁の拡大呼面図、第５図はパ
イロット弁の拡大断面図で同図（／％）〜（Ｃ）はパイ
ロット弁の作動を説明する図、第６図は印加電圧に対す
る電磁弁のリフト特性を示す図、第７図は噴射圧力、噴
射率のそれぞれの特性を示す図である。 −第８図は本発明の第２芙施例でノやイロット弁の拡大
断面図である。 ４・・・プランジャ、７・・・圧力室、８ａ、８ｂ・・
・燃料供給通路、９・・・燃料通路、９ａ・・・圧力室
側燃料フ…、路、９ｂ・・・ニードル室側燃料通路、１
０・・・ノズル、４０・・・電磁弁、７０・・・ノ９イ
ロット弁、７１・・・シリンダ、７２・・・ピストｙ、
７３・・・スノリング、８１．８３・・・通路、８２・
・・至、８５．８６・・・ピストン外周面端部、９０・
・・オリフィス。 特許出願人　日産自動車株式会社 第１図 第２図 第６図 Ｖ 第８図 ０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関に同期して往復動するブラシジャと、このグランジ
   ャの一端に臨んで形成される圧力室と、圧力室と連通し
   所定圧以上で開弁するノズルと、圧力室に連通ずる炉料
   供給通路罠介装され、壁間の運転状態に応じて高圧燃料
   を逃がす制御弁装置とを備えた燃料噴射制御装置におい
   て、前記圧力室とノズルとを連通ずる燃料通路に、圧力
   室に連通ずるシリンダと、このシリンダに摺動自在に嵌
   装され、圧力室からの燃圧に対向するように弾性部羽に
   て付勢されるピストンと、このピストンの変位開始後に
   所定区間だけ前記燃料通路を遮断する溝手段とからなる
   パイロット弁装置を設け・たことを特徴とするヅ伏料噴
   射制御装置。